低成本手势智控机械臂：用开源力量解锁造物乐趣 简单

在机器人学习领域，机械臂往往是爱好者的“入门拦路虎”——动辄上千元的成品价格，让很多校园社团望而却步。但对技术的热爱从不会被硬件成本限制，我们社团借助仅有的激光切割机、开源图纸与二哈2视觉传感器，打造出了一款兼具学习价值与实用功能的手势智控机械臂。从图纸修改到手势训练，从代码编写到整机调试，每一步都充满挑战与收获，现在就把这份造物经验分享给大家。

        一、项目初衷：让机械臂学习触手可及

        社团一直想开展机械控制与机器视觉结合的学习项目，恰好申请到了一台二哈2视觉传感器。但核心难题随之而来：配套的机械臂设备预算不足。市面上的入门级机械臂价格普遍在500元以上，且部分功能冗余，并不完全适配教学需求。

        既然“买不起”，那就“自己造”。我们梳理出核心需求：结构可加工（适配激光切割机）、控制可实现（基于Arduino生态）、交互够直观（手势控制）。基于此，项目方向逐渐清晰——以开源机械臂图纸为基础进行二次开发，结合二哈2的视觉识别能力，打造一款低成本、高可及性的手势智控机械臂。

        二、硬件选型与结构设计：用激光切割实现“量身定制”

        硬件方案的核心是“低成本”与“易实现”，我们放弃了复杂的金属结构与高端控制器，选择以亚克力板材为结构主体，Arduino Uno为控制核心，搭配二哈2视觉传感器构建系统。

        1. 核心硬件清单

        控制单元：Arduino Uno + IO扩展板（稳定驱动多电机）

        视觉单元：二哈2视觉传感器（快速识别手势及坐标）

        执行单元：7路舵机（分别控制爪开合、水平旋转、垂直俯仰）

        结构单元：3mm亚克力板（激光切割加工，轻便且坚固）

        辅助单元：舵机由IO扩展板供电（5V3A）、杜邦线、螺丝等

        2. 结构优化：开源图纸的“社团适配版”

        开源社区的基础机械臂图纸为我们提供了绝佳的起点，但实际适配时，我们发现两处明显“水土不服”：一是舵机非驱动轴侧采用纯胶粘固定，长期受力易脱落，稳定性完全无法保障；二是核心连接处依赖传统榫卯结构，而亚克力材质表面光滑，榫卯配合组装容易脱落，牢固性大打折扣。针对这两个核心痛点，我们用LaserMaker 2.0软件完成了精准优化，从“临时固定”升级为“结构稳定”。

        舵机轴系升级：新增定制化固定部件，将舵机非驱动轴从“胶粘悬浮”改为“可旋转固定”，既不影响舵机转动精度，又通过机械结构锁定位置，彻底解决脱落问题；

        连接结构强化：重新设计榫卯节点，在榫头位置精准切割出螺母卡槽，待榫卯完全对接后，        通过螺栓穿入锁紧，让亚克力部件间形成“机械咬合+螺栓固定”的双重保障，牢固性提升数倍。

        优化后的图纸完美匹配社团激光切割机的加工范围，3mm亚克力板切割出的零件尺寸精准，边缘光滑无毛刺。组装时，各部件对接顺畅，舵机转动轻盈无卡滞，螺栓固定的连接处即便承受机械臂自身重量也纹丝不动，整体结构稳定性远超预期。（文末附激光切割图纸下载链接）

        三、组装过程：从零件到整机的“蜕变记”

        组装是将设计落地的关键步骤，我们按“底座→旋转关节→俯仰关节→机械爪”的顺序逐步完成，每一步都拍摄了清晰的照片，方便大家参考：

        1.底座与水平旋转模块组装

        先将舵机固定在底座的舵机座上，注意舵机的输出轴要与旋转支架的中心对齐，然后用螺丝将旋转支架与舵机输出轴锁紧。这一步要确保旋转支架转动顺畅，无卡顿现象，否则会影响后续的水平旋转精度。组装完成后，可手动转动支架，检查是否有异响或阻力不均的情况。

        2. 俯仰驱动模块：双舵机动力核心组装

        在水平转盘上安装两个同位舵机，注意两个舵机的输出轴高度保持一致，且间距与机械臂前臂的安装孔精准匹配。这两个舵机是机械臂的“动力核心”，将共同提供足够扭矩驱动上方所有部件的前后旋转。组装后可通电测试舵机同步性，确保两者转动角度一致。

        3. 中段俯仰模块组装

        第一步完成中段俯仰组装：在双舵机驱动的前臂上方，依次安装两级俯仰舵机。第一级舵机靠近转盘侧，负责机械臂整体的大角度俯仰；

        第二级舵机位置更靠近爪部，用于微调爪部的抓取角度，让取物更灵活。

        4. 爪部模块组装

        进行爪部组装：先将1路9克小舵机固定在机械臂顶端的旋转座上，控制爪部的360°旋转；再在爪片支架上安装另一路9克小舵机，通过齿轮结构连接爪片，实现爪的张开与合并。爪片安装后需调整舵机角度，确保闭合时能夹紧乒乓球，张开时缝隙足够容纳小型物件。

        5.安装二哈2视频传感器

        6.安装Arduino uno并接线

        四、软硬件协同：手势控制的“核心密码”

        项目的核心亮点是手势控制，我们通过“二哈2识别手势→Arduino解析指令→舵机执行动作”的流程，实现了直观的人机交互。

        1. 手势定义：简单实用的“控制语言”

        为了降低手势训练的难度，同时满足基本控制需求，我们定义了4种核心手势及对应的控制功能，结合手势中心点在屏幕上的坐标位置实现精准控制：

        2. 视觉识别：二哈2的“训练与调试”

        二哈2视觉传感器的手势识别功能需要提前训练，在二哈2的手势识别界面，使用按键进行学习，按以下步骤完成训练：

        将二哈2固定在支架上，调整镜头角度，确保手部在屏幕中清晰显示；

        依次录入4种手势，每种手势在不同角度、不同距离下各录入20组样本，提高识别准确率；

“坐标追踪”功能，设置屏幕坐标与机械臂动作的映射关系——例如屏幕左半区对应机械臂向左旋转，右半区对应向右旋转。

        训练完成后，二哈2能在0.5秒内识别出手势及坐标位置，识别准确率达到95%以上，基本满足实时控制的需求。

        3. 代码编写：Mind+2.0的“图形化高效开发”

        考虑到社团成员的编程基础参差不齐，我们选择用Mind+2.0的图形化编程模块编写代码，降低开发门槛。代码核心分为三个部分：

        初始化模块：设置舵机的初始角度（机械爪张开、水平居中、垂直水平），配置二哈2的通信参数；

        数据接收模块：实时读取二哈2传输的手势类型与中心点坐标数据；

        动作执行模块：根据不同的手势类型输出对应的舵机控制信号，例如接收到“握拳”手势时，控制机械爪舵机转动至闭合角度；接收到“8”字手势时，根据坐标X值计算旋转角度并控制舵机转动。

        图形化编程的优势在于直观易懂，成员们通过拖拽模块就能完成代码逻辑的调整，例如修改舵机的转动速度时，只需调整“延时”模块的参数即可。

        五、演示效果：手势一动，机械臂“心领神会”

        六、项目总结与展望：开源精神的“接力”

        这个低成本手势智控机械臂项目，实现了千元级机械臂的核心控制功能。通过这个项目，社团成员不仅掌握了机械结构设计、激光切割加工、Arduino编程等技能，更深刻体会到了开源技术的魅力——开源图纸为我们节省了从零设计的时间，开源软件降低了编程门槛，而分享经验则是对开源精神的最好传承。

        未来，我们计划在现有基础上进行两项优化：一是增加手势的种类，实现机械臂的多自由度控制；二是加入物体识别功能，让机械臂能自动识别指定物品并完成抓取。